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活细胞成像显示癌症中外源 DNA 元件的不均匀分离和转录活跃的外源 DNA 中心。

Live-Cell Imaging Shows Uneven Segregation of Extrachromosomal DNA Elements and Transcriptionally Active Extrachromosomal DNA Hubs in Cancer.

机构信息

The Jackson Laboratory for Genomic Medicine, Farmington, Connecticut.

Department of Biopharmaceutical Convergence, Department of Pharmacy, Sungkyunkwan University, Suwon-si, Gyeong gi-do, Korea.

出版信息

Cancer Discov. 2022 Feb;12(2):468-483. doi: 10.1158/2159-8290.CD-21-1376. Epub 2021 Nov 24.

DOI:10.1158/2159-8290.CD-21-1376
PMID:34819316
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8831456/
Abstract

Oncogenic extrachromosomal DNA elements (ecDNA) play an important role in tumor evolution, but our understanding of ecDNA biology is limited. We determined the distribution of single-cell ecDNA copy number across patient tissues and cell line models and observed how cell-to-cell ecDNA frequency varies greatly. The exceptional intratumoral heterogeneity of ecDNA suggested ecDNA-specific replication and propagation mechanisms. To evaluate the transfer of ecDNA genetic material from parental to offspring cells during mitosis, we established the CRISPR-based ecTag method. ecTag leverages ecDNA-specific breakpoint sequences to tag ecDNA with fluorescent markers in living cells. Applying ecTag during mitosis revealed disjointed ecDNA inheritance patterns, enabling rapid ecDNA accumulation in individual cells. After mitosis, ecDNAs clustered into ecDNA hubs, and ecDNA hubs colocalized with RNA polymerase II, promoting transcription of cargo oncogenes. Our observations provide direct evidence for uneven segregation of ecDNA and shed new light on mechanisms through which ecDNAs contribute to oncogenesis. SIGNIFICANCE: ecDNAs are vehicles for oncogene amplification. The circular nature of ecDNA affords unique properties, such as mobility and ecDNA-specific replication and segregation behavior. We uncovered fundamental ecDNA properties by tracking ecDNAs in live cells, highlighting uneven and random segregation and ecDNA hubs that drive cargo gene transcription...

摘要

致癌性染色体外 DNA 元件(ecDNA)在肿瘤进化中发挥着重要作用,但我们对 ecDNA 生物学的理解有限。我们确定了单细胞 ecDNA 拷贝数在患者组织和细胞系模型中的分布,并观察到细胞间 ecDNA 频率的巨大变化。ecDNA 的非凡肿瘤内异质性表明 ecDNA 具有特定的复制和增殖机制。为了评估 ecDNA 遗传物质在有丝分裂过程中从亲代细胞向子细胞的转移,我们建立了基于 CRISPR 的 ecTag 方法。ecTag 利用 ecDNA 特异性的断点序列,用荧光标记物标记活细胞中的 ecDNA。在有丝分裂过程中应用 ecTag 揭示了不连续的 ecDNA 遗传模式,使单个细胞中的 ecDNA 快速积累。有丝分裂后,ecDNA 聚集到 ecDNA 中心,ecDNA 中心与 RNA 聚合酶 II 共定位,促进了运载致癌基因的转录。我们的观察结果为 ecDNA 的不均匀分离提供了直接证据,并揭示了 ecDNA 促进癌变的机制。意义:ecDNA 是癌基因扩增的载体。ecDNA 的环状性质赋予了它独特的性质,如移动性和 ecDNA 特异性的复制和分离行为。我们通过在活细胞中追踪 ecDNA 来揭示 ecDNA 的基本性质,突出了不均匀和随机的分离以及驱动货物基因转录的 ecDNA 中心。

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